榆中县土地利用转型与生态系统服务价值的时空演变研究

生态系统服务价值(ESV)是区域生态安全的重要表征, 识别土地利用转型引起的生态系统服务价值变化, 对区域生态环境保护具有重大意义。基于2008年和2018年榆中县土地利用数据, 借助ArcGIS 软件, 运用价值当量因子法、生态系统服务价值变化指数、空间统计分析等方法, 分析了榆中县土地利用转型对生态系统服务价值变化的影响。结果表明: (1)2008—2018年, 榆中县耕地、草地面积减少, 建设用地面积增加, 耕地—建设用地、草地—耕地、草地—建设用地是榆中县土地转型的主要模式。(2)研究期间, 榆中县生态系统服务价值总体呈下降趋势, 其中草地ESV占比最大, 占比达54%, 单项ESV以水文调节和气候调节为主, 二者累计占比接近ESV总量的50%。(3)榆中县ESV空间分布具有明显的空间正相关性, ESV的热点区位于榆中县南部, 冷点区位于榆中县中部, ESV空间分布呈现南部高, 中部低, 北部较高的特征, 且ESV低值区在榆中县中部进一步扩散。研究结果可以为区域生态环境保护和土地管理提供科学参考。     

基于碳密度修正的甘肃省土地利用变化对碳储量的影响

研究甘肃省土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响, 以期为甘肃省生态文明建设提供一定理论参考。因此,基于遥感数据, 通过修正全国碳密度得到甘肃省碳密度, 应用修正的碳密度输入InVEST模型对1990—2015年甘肃省碳储量进行估算, 分析土地利用变化对碳储量的影响。研究结果表明: 1)1990—2015年, 甘肃省建设用地面积增加1268 km2, 增幅为38.09%; 未利用地面积共减少1850 km2, 减幅为1.08%。约有1.71%的土地发生了转移, 其中耕地和草地、建设用地、未利用地之间的转化是甘肃省土地利用变化的主要特征。2)甘肃省碳储量总体呈上升趋势。因土地利用类型转化引起碳储量净增加251.46万t, 其中植被碳储量和土壤碳储量分别增加89.06 万t和162.40 万t。3)未利用地向耕地、草地和林地转化是碳储量增加的主要原因, 而耕地向建设用地转化是造成碳储量减少的重要因素。4)优化土地利用结构, 提高林地面积规模, 控制建设用地增速, 能够对陆地生态系统碳积蓄产生积极的效果。     

基于InVEST模型的黄河流域产水量时空变化及其对降水和土地利用变化的响应

黄河流域是重要的水源涵养和生态屏障区,研究其水源供给服务对实现黄河流域高质量发展和生态环境保护具有重要意义。本研究基于InVEST模型和情景分析法,以土地利用覆被、气象及土壤等数据作为输入,分析了1995—2015年黄河流域产水量的时空格局以及降水变化和土地利用变化对流域产水量的影响,并探讨产水量对二者的响应。结果表明:1995—2015年,黄河流域产水深度增加,增量为24.34 mm,产水高值区集中在西部和西南部,低值区集中在西北区域,产水深度空间格局特征变化不明显;黄河流域三级流域中,龙羊峡以上流域产水量最高,约117 亿m³·a^-1,是黄河流域主要产水区,兰州至河口流域产水量最低,约0.44 亿m³·a^-1;整个流域中永久冰川及雪地的平均产水深度最大,草地是全流域产水总量的主要贡献地类,提供了总产水量的62.6%;降水对产水量的影响比较显著,土地利用/覆被变化对产水量的影响较小。     

黄土高原植被物候变化及其对季节性气候变化的响应

受气候变化影响,全球范围内植被物候发生了显著变化,而目前针对不同植被分区类型下（荒漠草原区、典型草原区、森林草原区、落叶栎林区、落叶栎林亚区）植被物候变化及其对季节性气候变化响应的研究尚少。因此基于MODIS遥感归一化差值植被指数（MODIS NDVI：MOD13Q1）数据、中国植被区划数据及135个气象站点插值数据,利用Sen''s斜率估计、Hurst指数和高阶偏相关分析等方法,研究黄土高原2001-2018年植被物侯变化及其对季节性气候变化的响应。结果表明：（1）黄土高原植被生长季始期（SOS,Start of Growing Season）主要集中在第96-144天,子植被分区由西北向东南方向,逐渐呈现提前趋势,71.0%的像元植被SOS整体提前0-2 d/10a （α=0.05）,且在未来一段时间66%的像元植被SOS继续呈现提前趋势;植被生长季末期（EOS,End of Growing Season）主要集中在第288-304天,各子植被分区植被EOS变化基本保持一致,87.6％的像元植被EOS整体延迟0-3 d/10a （α=0.05）,且在未来一段时间有80%的像元植被EOS继续呈现推迟趋势。（2）黄土高原植被SOS主要受各季节温度的影响;当年春季降水导致植被SOS提前,主要分布在黄土高原中部;上年夏季和上年秋季降水增加会导致植被SOS推迟;当年春季、上年秋季和年初冬季的温度升高均会导致植被SOS提前;各子植被分区植被SOS对不同季节降水的响应存在差异,而对不同季节温度的响应具有一致性。（3）黄土高原植被EOS主要受各季节降水和秋季温度的影响;不同季节降水增加均会导致大部分植被EOS推迟;当年秋季温度导致整体区域植被EOS推迟,且各子植被区植被EOS对当年秋季温度响应具有一致性。该研究可为大尺度植被物候影响因素提供新的认识,也为植被适应未来气候变化提供借鉴。     

1986—2019年黄土高原干旱变化特征及趋势

干旱作为极端气候事件之一,其频率和强度的变化影响到区域水资源,而干旱半干旱区植物生长的主要限制因素是水分,因此,研究黄土高原干旱时空特征及未来变化趋势对当地的生态环境具有重要意义。本研究基于1986—2019年降水和温度逐月格点数据,计算标准化降水蒸散发指数(SPEI)和干旱发生频率,并运用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计方法,探讨了黄土高原的年、季尺度干旱时空分布及变化特征,最后利用NAR神经网络结合Hurst指数对黄土高原未来干旱趋势进行预测。结果表明: 研究期间,黄土高原总体呈现干旱化趋势,且年际和季节尺度的干旱发生频率在空间上差异较大。其中,年际、春季和冬季以黄土高原东南部和西部干旱发生频率最高,夏季和秋季以西北部干旱发生频率最高。夏季以中度干旱发生频率最高,年际及其他季节以轻度干旱发生频率最高。黄土高原春、夏季呈现干旱化趋势,秋、冬季研究区大部分区域干旱趋势减轻。黄土高原年际、春季、夏季的SPEI值在未来一段时间内仍处于下降趋势,即干旱化趋势加重,且夏季的Hurst指数最大,持续性变化最强,未来持续干旱的可能性高于其他季节。     

河西走廊生态安全格局构建与优化研究

基于InVEST生境质量模型和最小阻力模型,以张掖市为例,开展河西走廊生态安全格局构建研究。全市划分为适宜生态用地和适宜生产建设用地两部分,共识别生态源地5583km2,提取生态廊道1794km、生态廊道潜在辐射通道485 km,基本形成南部祁连山脉、中部黑河—七家岭台、北部合黎山—龙首山三纵框架的廊道格局,得到生态核心节点22个、生态潜力节点15个。通过分析可得:张掖市生态用地空间分布差异较大,生态环境保护治理需要重点向肃南县以外的其它四县一区倾斜;优先加强焉支山及周边区域生态环境改良,促使已形成的三纵格局廊道聚拢;重点维护核心节点,积极发展潜力节点,加强相邻省市合作,整体推进全市生态环境治理与优化。从生态安全“点—线—面”角度进一步优化了以生态廊道为基础的生态安全格局构建方法,从应用角度细化了生态节点的重要作用,对当地生态安全格局优化提出了相应策略。